Module EC2b Programmation et Automatisation du Bâtiment

Licence Professionnelle EGC-ITEB Energie - Génie Climatique : Intelligence Technique et Energétique du Bâtiment Module EC2b Programmation et Automatisation du Bâtiment par Pr. Eddy BAJIC Université de Lorraine IUT Nancy Brabois Génie Electrique & Informatique Industrielle

1 AUTOMATISMES INDUSTRIELS... 3 2 AUTOMATISATION DU BATIMENT (BUILDING AUTOMATION)... 5 3 EXEMPLES D ARCHITECTURES DE GTB... 7 4 DESCRIPTION D'UN SYSTEME AUTOMATISE... 9 4.1 Partie Opérative - Partie Commande - Interface Homme Machine... 9 4.2 Un carrefour vu comme un système automatisé... 10 4.3 Cycle de Vie d'un Système Automatisé... 11 5 DIFFERENTS TYPES DE PARTIE COMMANDE... 12 5.1 Comparatif des différentes techniques... 12 5.2 Système programmable Vs Système Câblé... 13 5.3 Exemples de API/Contrôleur utilise en GTB/GTC... 13 5.3.1 Schneider TAC : Gamme TAC Xentra 100-900 (www.tac.schneider-electric.fr/)... 13 5.3.2 Contrôleur RIO de NAPAC... 14 5.3.3 Siemens : Contrôleur modulaire RMH760... 16 5.3.4 Honeywell : Contrôleur HVAC... 16 5.3.5 API contrôleurs génériques... 16 6 STRUCTURE D UN API... 17 7 FONCTIONNEMENT D UN API / CONTROLEUR... 17 7.1 Cycle API... 18 7.2 Fonctionnement Temps Réel «lâche»... 19 7.3 Affectation d'une sortie physique sur un automate... 20 7.4 Détection d'un front montant sur un automate... 20 7.5 Codage en Langage à contact de la détection de front montant... 21 7.6 Variables Mémoire API... 21 8 LANGAGES DE PROGRAMMATION DES API... 22 8.1 Langage à contacts (LD : Ladder diagram) :... 22 8.2 Langage littéral structuré (ST : Structured Text)... 24 8.3 Blocs Fonctionnels (FBD : Function Bloc Diagram)... 24 8.4 SFC (Sequential Function Chart)... 24 8.5 Liste d'instructions (IL : Instruction list)... 25 9 PROGRAMME EN LOGIQUE COMBINATOIRE OU PROGRAMMES EN LOGIQUE SEQUENTIELLE. 26 9.1 Exercice de Programme API : Commande de gestion d un Réservoir... 26 9.2 Exercice de Programme API : Comptage Parking... 27

LP ITEB - Module EC2b - Programmation et Automatisation Bâtiment- E. BAJIC 1 AUTOMATISMES INDUSTRIELS Automatisation croissante des procédés industriels : Un système automatisé est la coopération de : Dans le but de : Faciliter les Interventions des opérateurs Usine de fabrication de pâtes alimentaires Système Automatisé élément vibrant commandé Page 3 sur 27

Figure 1 : Architecture d'automatisme distribué Page 4 sur 27

2 AUTOMATISATION DU BATIMENT (BUILDING AUTOMATION) «Un bâtiment est un L automatisation du Bâtiment regroupe les techniques d'automatisme, d'informatique, de télécommunication qui permettent entre autres : de communiquer dans l'espace interne et externe de l'habitat. de surveiller le bâtiment à distance La Gestion Technique du Bâtiment dite GTB (ou BMS en anglais, Building Management System) est l'ensemble des systèmes de traitement des informations provenant d'un même site et permet de "connecter" les équipements techniques du bâtiment de confort, de chauffage, de sécurité,, dans les objectifs de: Page 5 sur 27

La GTB est un concept communiquant numérique et informatique, permettant: La surveillance des installations Réduire des déplacements et intervenir très rapidement à distance La GTB est un concept communiquant numérique et informatique dans le bâtiment Building Automation Domotique HVAC CVC : GTC : Page 6 sur 27

3 EXEMPLES D ARCHITECTURES DE GTB Exemple d architecture GTB simple Exemple d architecture GTB multipostes Page 7 sur 27

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4 DESCRIPTION D'UN SYSTEME AUTOMATISE 4.1 Partie Opérative - Partie Commande - Interface Homme Machine Un système automatisé se décompose en trois parties indépendantes : Ordres Consignes INTERFACE HOMME MACHINE IHM Etats Visualisation Informations du Process CAPTEURS Ordinateur PARTIE COMMANDE PC PARTIE OPERATIVE PO Automate Commandes Actions ACTIONNEURS -La Partie Opérative PO, -La Partie Commande PC, est l'automatisme qui, en fonction des "ENTREES" (informations externes venant de la partie opérative, consignes extérieures, etc...) élabore en "SORTIE" des ordres externes destinés à la partie opérative ou à des éléments extérieurs. -L'Interface Homme Machine IHM Page 9 sur 27

4.2 Un carrefour vu comme un système automatisé Analysons l'exemple d'un carrefour routier qui représente un système automatisé dans lequel on décompose la PO et la PC. La majorité des carrefours urbains sont gérés comme des systèmes automatisés pilotés depuis un central de surveillance urbain. Entrées (capteurs) Sorties (actionneurs) PARTIE OPERATIVE PARTIE COMMANDE ligne PTT pour centre surveillance L'analyse et la commande des systèmes automatisés nécessite la définition préliminaire d'un cahier des charges (CdC) qui doit conduire à une réalisation sûre et sans équivoque, de l'automatisme. Page 10 sur 27

4.3 Cycle de Vie d'un Système Automatisé Le développement d'un Système Automatisé est un processus long et complexe. Besoins Utilisateurs Solution Opérationnelle SAP. Plusieurs approches industrielles existent dont l approche "Cycle de Vie en V". Besoins Utilisateurs Appel d'offres, CdC Exploitation Maintenance Spécifications PC Intégration Mise en Service Conception PC Validation & Tests Réalisation / Codage Figure 2 : Cycle en vie d'un automatisme industriel. Page 11 sur 27

5 DIFFERENTS TYPES DE PARTIE COMMANDE SYSTEMES CABLES Armoires électriques : relais, temporisateurs, boutons, lampes,... PO Automate Programmable Industriel Réseau Industriel E/S Micro-Ordinateur E/S 5.1 Comparatif des différentes techniques Systèmes Cablés API / Contrôleur Micro-Ordinateur Page 12 sur 27

5.2 Système programmable Vs Système Câblé 5.3 Exemples de API/Contrôleur utilise en GTB/GTC 5.3.1 Schneider TAC : Gamme TAC Xentra 100-900 (www.tac.schneider-electric.fr/) Page 13 sur 27

5.3.2 Contrôleur RIO de NAPAC Automate de trélégestion (www.napac.fr/pdf/fr/pdf/fp_rio.pdf) RIO repose sur une technologie 32 bits avec capacité d archivage de données horodatées (alarmes,mesures, jusqu à 125.000 enregistrements). Possibilités de transmission d alarmes ou de données par SMS, Fax ou E- mail, la gamme RIO dispose d un serveur Web embarqué permettant une exploitation par navigateur et une intégration du système dans une architecture Intranet / Internet. Page 14 sur 27

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5.3.3 Siemens : Contrôleur modulaire RMH760 www.siemens.com/hvac 5.3.4 Honeywell : Contrôleur HVAC MiniRégulateur 22 E/S pour applications HVAC, dote de fonction de communication LON ou M-Bus Contrôle software Carte configurable par logiciel avec des centaines d'applications possibles. Personnalisation des paramètres en fonction des installations. Entrée physique Entrées analogiques (AI) pour sondes NTC20k Entrées digitales (DI) pour contact libre de potentiel ou 24 Vdc Sortie physique Sorties analogiques (AO) 0..10 Vdc Sorties digitales (DO) 24 Vac 5.3.5 API contrôleurs génériques API Schneider Premium micro-api Schneider Twido API Siemens S7 300 micro-api Siemens LOGO Page 16 sur 27

6 STRUCTURE D UN API API SIEMENS série S7-300 7 FONCTIONNEMENT D UN API / CONTROLEUR Les machines cibles d'exécution de programme d'automatisme sont appelées des Automates : o o Page 17 sur 27

7.1 Cycle API LP ITEB - Module EC2b - Programmation et Automatisation Bâtiment- E. BAJIC 24 V 0V BP Ix.y Lampe Mx.y Qx.y Automate Tables Internes Processus physique L'automate exécute un programme en répétant éternellement le même cycle : 1. 2. 3. Tables Mémoires Image des E/S I Processus Physique M Q Lecture des Cartes d'entrées Exécution du programme par scrutation descendante I8.0 Q0.0 Recopie des sorties sur les Cartes de Sortie Capteurs Informations Entrée Actionneurs Informations Sortie Un API ne «regarde» les entrées qu'en début de cycle et ignore tout changement pouvant subvenir durant un cycle. Page 18 sur 27

La durée d'un cycle Automate Tcy doit : 7.2 Fonctionnement Temps Réel «lâche» Cycle d'échantillonnage des entrées sur un API Signal d'entrée Cycle T ms Signal Echantillonné (Mémorisé) 1 2 3 4 Cycle Automate UN changement sur une entrée qui survient après le début de cycle et se termine avant le début du cycle suivant ne sera pas détecté par l'automate : l'automate est «aveugle» durant son cycle! La durée d'un cycle Automate Tcy doit : être la plus petite possible pour assurer un fonctionnement temps réel. Tcy doit être très inférieur à la dynamique du processus commandé (général 20 ms). Page 19 sur 27

7.3 Affectation d'une sortie physique sur un automate Les sorties d un automate (Qx.y) sont recopiées physiquement sur les cartes de sorties en fin de cycle à partir de la table interne. I3.7 BP Q0.0 I3.7 BP Q0.0 Sortie Physique Tcy ms Cycle Automate 7.4 Détection d'un front montant sur un automate Problème de détection d un front montant sur une entrée BP (passage de 0 à 1) BP M0.0 Front Tcy ms Cycle Automate Page 20 sur 27

7.5 Codage en Langage à contact de la détection de front montant On peut employer deux méthodes pour détecter un front montant par programme API. 7.6 Variables Mémoire API Les entrées de la PO sont recopiées dans des Bits d Entrée I x.y Les Sorties de la PO sont recopiées dans des Bits de Sortie Q x.y Des Bits Internes M x.y X : Y : X : Y : Les Bits sont regroupés en Octets puis en Mots puis en Double Mot Exercices : a) A quels bits image correspondent : Entrée N 5 de la carte de rang 0 Entrée N 16 de la carte de rang 4 Sortie N 0 de la carte de rang 1 b) Quels sont les bits image contenus dans IB2 c) Quels sont les bits internes contenus dans MW92 Page 21 sur 27

8 LANGAGES DE PROGRAMMATION DES API Constat o o o Effet de Normalisation (Novembre 1993) Norme IEC 61131 o Part 1 : Présentation générale o Part 2 : Spécifications techniques et matérielles des API et interfaces o Part 3 : Langages de programmation (203 pages) IEC 61131-3 o Part 4 : Guide utilisateur o Part 5 : Communication Chaque automate se programmant via une console de programmation propriétaire ou par un ordinateur équipé du logiciel constructeur spécifique. 8.1 Langage à contacts (LD : Ladder diagram) : C'est le plus utilisé. Page 22 sur 27

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8.2 Langage littéral structuré (ST : Structured Text) 8.3 Blocs Fonctionnels (FBD : Function Bloc Diagram) Langage graphique par assemblage de blocs fonctions figurés par des boîtes. Les blocs sont programmés (bibliothèque) ou programmables. Les blocs sont programmés (bibliothèque) ou programmables. Utilisé par les automaticiens. 8.4 SFC (Sequential Function Chart) La norme IEC 848 est nommée mais le terme GRAFCET n'est jamais utilisé, pourtant les analogies entre SFC et GRAFCET sont très grandes. Le SFC n'est pas décrit comme un langage mais comme un moyen de structuration permettant d'effectuer des commandes séquentielles. Page 24 sur 27

8.5 Liste d'instructions (IL : Instruction list) Page 25 sur 27

9 PROGRAMME EN LOGIQUE COMBINATOIRE OU PROGRAMMES EN LOGIQUE SEQUENTIELLE Les langages de programmation supportées par les API permettent de résoudre des problème de nature : o o o 9.1 Exercice de Programme API : Commande de gestion d un Réservoir Commander 2 pompes de remplissages d un réservoir de telle sorte que : Quand la cuve est pleine (Sh=1 et Sb=1), aucune pompe ne fonctionne. Quand la cuve est vide (Sh=0 et Sb=0), les 2 pompes fonctionnent Quand le cuve est à moitié vide (ou pleine..) (Sh=0 et Sb=1), une seule pompe fonctionne. Le choix se fait à l aide d un commutateur C=1 alors le pompe M1 fonctionne. Page 26 sur 27

9.2 Exercice de Programme API : Comptage Parking Page 27 sur 27